4、纳米计算中的缺陷与故障管理技术

纳米计算中的缺陷与故障管理技术

1. 纳米计算可靠性概述

在纳米计算领域，由于器件的特性，系统可能会存在一定的缺陷和故障。为了在给定或最小成本下最大化基于纳米级器件系统的可靠性，可能需要结合从器件到应用层等不同抽象级别的技术。例如，如果应用本身能够处理数据中的一定噪声，那么就不需要极高的硬件可靠性，过度使用冗余技术可能并不划算。

2. 传统容错技术

为了减轻设计中缺陷和故障的影响，人们提出并评估了几种传统技术，以下是详细介绍：
- 三重和 N 模冗余
- 三重模冗余（TMR） ：使用三个相同硬件副本，输入相同。若模块无缺陷或故障，输出应相同。假设最多一个模块在运行时有缺陷或故障，通过多数表决电路选择最常见的输出。单表决器的 TMR 技术较易应用于数字逻辑，但会增加电路面积和功耗，降低电路速度。它能容忍单个模块的多次故障，但两个或以上模块出现故障会导致逻辑失败。使用三个表决器可提高系统可靠性，消除表决器作为单点故障的问题。
- N 模冗余（NMR） ：是 TMR 的推广，使用 N 个硬件副本（N 为奇数），通过多数表决方案确定输出。与 TMR 相比，NMR 在 ⌊(N/2)⌋ 个模块存在多个缺陷或故障时仍能正确计算输出，也可利用冗余表决器降低系统因单个表决器故障而失败的概率。
- 级联 NMR ：有多种实现方式。一种是复制 TMR - 表决器组合并增加多层表决来提高模块可靠性，但会消耗大量电路资源并增加延迟，且随着级联层数增加，表决器的可靠性对系统影响更大。另一种是将硬件划分为子模块并对其